基于LabVIEW的多功能濾波器設(shè)計(jì)(共24頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與測試設(shè)計(jì)報(bào)告學(xué) 號(hào) 姓 名 肖飛 同組人（左文壯） 班 級(jí) 電子Q0841 指導(dǎo)教師 田 浩 老師 電子工程系評(píng)分頁評(píng)分項(xiàng)滿分值實(shí)際值總分設(shè)計(jì)任務(wù)（一）整體思路及效果15前面板設(shè)計(jì)10框圖程序15設(shè)計(jì)報(bào)告10設(shè)計(jì)任務(wù)（二）設(shè)計(jì)思路10作品實(shí)現(xiàn)程度15電路設(shè)計(jì)15設(shè)計(jì)報(bào)告10作品成績100設(shè)計(jì)任務(wù)書【設(shè)計(jì)題目】基于LabVIEW的多功能濾波器設(shè)計(jì)【設(shè)計(jì)目的】1.鍛煉綜合運(yùn)用知識(shí)的能力。通過查閱資料，能獨(dú)立進(jìn)行虛擬儀器小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。2.加深對各種濾波器的認(rèn)識(shí)，并對各濾波器的濾波特性有一個(gè)更加全面的了解?！驹O(shè)計(jì)指標(biāo)與要求】功能指標(biāo)要求：各種數(shù)字濾波器頻率響應(yīng)特

2、性，及各種數(shù)字濾波器性能比較。 比如：1.可以調(diào)節(jié)濾波器的高、低頻截止頻率，選擇濾波器類型；2.輸入一個(gè)公式信號(hào)波形（參數(shù)可調(diào)），可顯示濾波前后的信號(hào)波形，可對其進(jìn)行信號(hào)頻譜等分析。前面板要求： 1.儀器操作均在前面板進(jìn)行； 2.儀器操作方便，人性化設(shè)計(jì)； 3.前面板美觀大方。后面板要求： 1.設(shè)計(jì)思路簡潔； 2.功能完善，達(dá)到設(shè)計(jì)要求； 3.布線合理，便于查看?！咀髌诽峤灰蟆?.給出前、后面板設(shè)計(jì)圖；2.寫出設(shè)計(jì)思路和控件采用理由；3.寫出系統(tǒng)調(diào)試測試報(bào)告；4.寫出設(shè)計(jì)心得。 正文一 關(guān)于數(shù)字濾波器1.1 數(shù)字濾波器概述濾波器是一種使有用頻率信號(hào)通過同時(shí)抑制（或大為衰減）無用頻率信號(hào)的裝置

3、。工程上常將它用于信號(hào)處理、數(shù)據(jù)傳送和抑制干擾等。數(shù)字濾波器是數(shù)字信號(hào)分析中的重要組成部分，它的輸入和輸出信號(hào)都是離散的，與模擬濾波器相比，它具有準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性高，系統(tǒng)函數(shù)容易改變，靈活性高等優(yōu)點(diǎn)，因而數(shù)字濾波器在工程中得到了廣泛的應(yīng)用2。數(shù)字濾波器有多種分類，按頻率特性分類可以分為：高通、低通、帶通、帶阻；按數(shù)字濾波器沖激響應(yīng)的時(shí)域特征分類可以分為：有限沖激響應(yīng)濾波器（finite impulse response, FIR）和無限沖激響應(yīng)濾波器（infinite impulse response, IIR）。FIR 濾波器的沖擊響應(yīng)h(n) 是有限序列，IIR 濾波器的沖擊響應(yīng)h(n) 是

4、無限序列的。數(shù)字濾波器的差分方程可以用下式表示：式中， x(n) 為輸入序列， y(n) 為輸出序列， k a 、k b 分別為輸出、輸入序列的系數(shù)。數(shù)字濾波器對應(yīng)的傳遞函數(shù)為：當(dāng)k a 不全為0 時(shí)，為IIR 濾波器；當(dāng)k a 全為0 時(shí)，為FIR 濾波器。從性能上看，F(xiàn)IR 濾波器和IIR 濾波器各有優(yōu)點(diǎn)：FIR 濾波器可以得到嚴(yán)格的線性相位；但是需要較多的存儲(chǔ)器和較長的運(yùn)算，成本比較高，信號(hào)延時(shí)也較大。IIR 濾波器可以用較少的階數(shù)獲得很高的選擇特性，所用存儲(chǔ)單元少，運(yùn)算次數(shù)少，效率高的優(yōu)點(diǎn)；但是相位是非線性的，且選擇性越好其相位非線性越嚴(yán)重3。1.2 數(shù)字濾波器的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法數(shù)字濾波器

5、的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)過程可歸納為以下三個(gè)步驟：(1)按照實(shí)際需要確定濾波器的性能要求。(2)用一個(gè)因果穩(wěn)定的系統(tǒng)函數(shù)(即傳遞函數(shù))去逼近這個(gè)性能要求。此函數(shù)可以分為兩類：即IIR 傳遞函數(shù)和FIR 傳遞函數(shù)。(3)用一個(gè)有限精度的運(yùn)算去實(shí)現(xiàn)這個(gè)傳遞函數(shù)。FIR 濾波器設(shè)計(jì)實(shí)質(zhì)是確定能滿足要求的轉(zhuǎn)移序列或脈沖響應(yīng)的常數(shù)，設(shè)計(jì)方法主要有窗函數(shù)法、頻率采樣法和等波紋最佳逼近法等。目前，F(xiàn)IR 濾波器設(shè)計(jì)沒有封閉的設(shè)計(jì)公式。雖然窗函數(shù)法對窗口函數(shù)可給出計(jì)算公式，但計(jì)算通帶與阻帶衰減仍無計(jì)算公式。FIR 濾波器的設(shè)計(jì)只有計(jì)算程序可循，因此對計(jì)算工具要求較高，不用計(jì)算機(jī)編程一般很難實(shí)現(xiàn)。IIR 濾波器的設(shè)計(jì)源于模擬

6、濾波器設(shè)計(jì)，它通過對低通濾波器進(jìn)行模擬頻率變換得到。常用的IIR 濾波器有巴特沃斯濾波器、切比雪夫?yàn)V波器、切比雪夫?yàn)V波器、橢圓濾波器和貝塞爾濾波器。目前，IIR 濾波器的設(shè)計(jì)可以借助模擬濾波器的成果，有封閉形式的設(shè)計(jì)公式，對計(jì)算工具的要求不高。IIR 濾波器的設(shè)計(jì)雖然簡單，但脫離不了模擬濾波器的設(shè)計(jì)模式，主要用于設(shè)計(jì)低通、高通、帶通及帶阻濾波器。而FIR 濾波器的設(shè)計(jì)要靈活得多，尤其是頻率采樣設(shè)計(jì)法更易適應(yīng)各種幅度特性和相位特性的要求。1.3 基于LabVIEW 的數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)1）LabVIEW 簡介LabVIEW 是NI（National Instrument，美國國家儀器）公司推出的一種

7、基于G 語言的虛擬儀器（virtual instrument，VI）開發(fā)工具。LabVIEW 編程使用圖形化語言，它是非計(jì)算機(jī)專業(yè)人員使用的工具，它為設(shè)計(jì)者提供了一個(gè)便捷、輕松的設(shè)計(jì)環(huán)境，因此，LabVIEW 在世界范圍內(nèi)的眾多領(lǐng)域如航空、航天、通信、電力、汽車、化學(xué)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用4。LabVIEW 有兩個(gè)基本窗口：前面板窗口和流程圖窗口。編譯環(huán)境下顯示兩個(gè)窗口，前面板用于放置控制對象和顯示對象，控制對象相當(dāng)于常規(guī)儀器的控制和調(diào)節(jié)按鈕；前面板用于顯示程序運(yùn)行結(jié)果，相當(dāng)于常規(guī)儀器的顯示屏幕或指針。流程圖窗口用于編寫和顯示程序的圖形源代碼，它相當(dāng)于語言編程中一行行的語句，它由各種能完成一定功能

8、的模塊通過連線連接而成。當(dāng)編寫的LabVIEW 程序調(diào)試無誤后，可將程序編譯成應(yīng)用程序（EXE 文件）。此時(shí)，設(shè)計(jì)的虛擬儀器可以脫離LabVIEW 開發(fā)環(huán)境，用戶只需通過前面板進(jìn)行控制和觀測。2 ） 中的利用文本軟件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的濾波器在使用過程中往往出現(xiàn)難以調(diào)整波形系數(shù)，與硬件接口程序復(fù)雜，開發(fā)周期長等問題。而使用LabVIEW 設(shè)計(jì)的濾波器不僅設(shè)計(jì)簡單，而且使用起來要比利用文本文件實(shí)現(xiàn)的濾波器方便得多。LabVIEW 為設(shè)計(jì)者提供了FIR 和IIR 濾波器VI，使用起來非常方便，只需要輸入相應(yīng)的指標(biāo)參數(shù)即可，不需要進(jìn)行復(fù)雜的函數(shù)設(shè)計(jì)和大量的運(yùn)算。濾波器VI 位于LabVIEW 流程圖面板的Fu

9、nctionAnalyzeSignal ProcessingFilters 上。不同濾波器VI 濾波時(shí)均有各自的特點(diǎn)，因此它們用途各異。在利用LabVIEW 實(shí)現(xiàn)濾波功能時(shí)，選擇合適的濾波器是關(guān)鍵，在選擇濾波器時(shí)，可參照不同濾波器的特點(diǎn)，考慮濾波的實(shí)際要求來選擇合適的濾波器5。各種濾波器的特點(diǎn)及選擇濾波器的步驟見圖1。圖1 濾波器選擇步驟二 設(shè)計(jì)原理與方案2.1 信號(hào)輸入部分：方案一：直接采用波形生成或信號(hào)生成中的正弦信號(hào)及噪聲信號(hào)組成輸入信號(hào)。方案二：采用的是波形生成中的公式波形，然后加入波形生成中的高斯白噪聲。但在兩信號(hào)相加后輸出頻譜時(shí)連不上。因?yàn)檩斎氲氖嵌S數(shù)組，要加一個(gè)轉(zhuǎn)至動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的控

10、件，轉(zhuǎn)化為單一波形。亦可采用信號(hào)生成中的高斯白噪聲。方案三：采用公式信號(hào)產(chǎn)生輸入信號(hào)。因?yàn)橐笾惺禽斎胍粋€(gè)公式信號(hào)波形（參數(shù)可調(diào)），并且每種方案我都試過，方案三簡單些。因此采用方案三。2.2 濾波器部分：方案一：采用波形調(diào)理中的數(shù)字IIR濾波器和數(shù)字FIR濾波器進(jìn)行濾波。方案二：采用濾波器中的單個(gè)IIR濾波器和FIR濾波器逐次進(jìn)行濾波。因?yàn)榉桨敢粸V波參數(shù)設(shè)置經(jīng)常遇到問題，因此采用用方案二。2.3 顯示部分:開始顯示了幅度譜和相位譜,觀察發(fā)現(xiàn)相位譜很亂,便舍棄了只用了幅度譜.三 模塊設(shè)計(jì)3.1 信號(hào)輸入模塊的設(shè)計(jì)采用公式信號(hào)波形，公式通過字符串編輯不同的公式以便采用。幅值固定。頻率參數(shù)設(shè)置FS2

11、F，而采樣點(diǎn)數(shù)N也不宜過大。3.2 濾波器的選用采用了濾波器中的巴特沃斯濾波器，切比雪夫?yàn)V波器，橢圓濾波器，貝塞爾濾波器，加窗FIR濾波器。3.3 濾波環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)采用選擇結(jié)構(gòu)逐個(gè)用不同的濾波器進(jìn)行濾波。濾波參數(shù)設(shè)置采用簇對其進(jìn)行控制。0FLFH EndAddr) break; if(SACM_DVR_Status()&0x01)=0 | Key_Get()=KEY_3)/ 如果播放完畢或Key3鍵按下則停止 SACM_DVR_Stop();/ 停止播放 break; else SACM_DVR_Decoder();/ 數(shù)據(jù)解碼/=/ 語法格式：void Record(void);/ 實(shí)現(xiàn)功能：

12、錄制聲音/ 參數(shù)：無/ 返回值：無/=void Record(void)unsigned int Addr;unsigned int Ret;for(Addr=START_ADDR;AddrEND_ADDR | Key_Get()=KEY_3)/ 如果到達(dá)尾地址或Key3鍵按下則結(jié)束錄音Flash_WriteWord(START_ADDR, Addr-1);/ 錄音結(jié)束地址保存在START_ADDR中SACM_DVR_Stop();/ 停止錄音break;if(Addr END_ADDR)/ 如果是空間被錄滿導(dǎo)致的錄音結(jié)束則播放錄音PlayRecord();void init()*P_IOB_

13、Data = 0x0000; /設(shè)置IOA0IOA15端口為帶下拉的低電平輸入*P_IOB_Dir = 0x0000;*P_IOB_Attrib = 0x0000;void delay(unsigned int a)unsigned int i,j; for(j=0x0000;j0xffff;j+) for(i=0x0000;ia;i+) *P_Watchdog_Clear = 0x0001; /請看門狗 /i = 0x0000; /=/ 語法格式：int main(void);/ 實(shí)現(xiàn)功能：主函數(shù)/ 參數(shù)：無/ 返回值：無/=int main()unsigned int KeyCode;in

14、it();Key_Init();/ 初始化按鍵掃描程序while(1)KeyCode = Key_Get();switch(KeyCode)case KEY_1:/ Key1鍵按下則錄音Record();break;case KEY_2:/ Key2鍵按下則放音PlayRecord();break;default:break;*P_Watchdog_Clear = 0x01;if(*P_IOB_Data=0x0002)delay(75);/*for(j=0x0000;j0x0010;j+) for(k=0x0000;k0xffff;k+);*P_Watchdog_Clear = 0x01;if

15、(*P_IOB_Data=0x0002)for(j=0x0000;j0x0005;j+) for(k=0x0000;k0xffff;k+);*P_Watchdog_Clear = 0x01;*/if(*P_IOB_Data=0x0002)/delay(20);PlayRecord();KeyCode = Key_Get();switch(KeyCode)case KEY_1:/ Key1鍵按下則錄音Record();break;case KEY_2:/ Key2鍵按下則放音PlayRecord();break;default:break;*P_Watchdog_Clear = 0x01;5、調(diào)試過程在調(diào)試過程中，開始接入+5V的電源，2腳輸出端的電壓沒有變化，然后我們重新檢查電路將各個(gè)支路改好后，再次調(diào)試，出現(xiàn)輸出斷電壓不穩(wěn)定，在05V之間來回跳動(dòng)，說明電路不穩(wěn)定，我們將我們的電路修改了一下，換了幾個(gè)電容，直到電路輸出電壓穩(wěn)定。通過查資料，我們知道3腳和6腳兩端的電阻和錄放音的時(shí)間延遲有關(guān)需要使用小阻值的電阻，我們換用了兩個(gè)25歐姆的電阻使之達(dá)到比較好的效果。6、測試結(jié)果通過調(diào)試得到了要求所需要實(shí)現(xiàn)的功能，在人走近是播放音樂，人離開時(shí)停止播放，但是在人走近播放時(shí)會(huì)有一分鐘左右的時(shí)間延遲，人在那時(shí)每段音樂之間會(huì)有10秒左